特許 7249031 異常検知方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-03-22

(45)【発行日】2023-03-30

(54)【発明の名称】異常検知方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 21/33 20060101AFI20230323BHJP

【ＦＩ】

G01N21/33

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019140355

(22)【出願日】2019-07-30

(65)【公開番号】P2021021714

(43)【公開日】2021-02-18

【審査請求日】2022-05-16

(73)【特許権者】

【識別番号】390033857

【氏名又は名称】株式会社フジキン

(74)【代理人】

【識別番号】100129540

【弁理士】

【氏名又は名称】谷田 龍一

(74)【代理人】

【識別番号】100137648

【弁理士】

【氏名又は名称】吉武 賢一

(72)【発明者】

【氏名】永瀬 正明

(72)【発明者】

【氏名】石井 秀和

【審査官】伊藤 裕美

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／０４４９１７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－０３１５４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０１６９８００（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－０６２２７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭４８－０５５７８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０７３０１６３９（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｎ ２１／００ － Ｇ０１Ｎ ２１／８３

Ｇ０５Ｄ １１／００ － Ｇ０５Ｄ １１／１６

Ｇ０５Ｄ ２１／００ － Ｇ０５Ｄ ２１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体供給ライン内の残留水分の有無を確認する異常検知方法であって、
前記流体供給ラインには、光源と、前記光源からの光を受けとる光検出器と、前記光検出器で受けとった光の強度に基づいて前記流体供給ラインに流れる流体の吸光度を算出する測定器とが設けられており、
前記光源からの光を、前記流体供給ライン内を流れる流体を通過させてから前記光検出器で受け取る工程と、
前記光検出器が受け取った光の強度に基づいて、前記流体の吸光度を算出する工程と、
前記吸光度に基づいて、前記流体供給ライン中の水分の有無を判断する工程と
を含む、異常検知方法。

【請求項2】

前記光源と、前記光検出器と、前記測定器とを備える濃度測定装置を利用して、前記水分の有無を判断する、請求項１に記載の異常検知方法。

【請求項3】

前記流体は、ハロゲンガスであり、前記光は、波長２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の近紫外光である、請求項１または２に記載の異常検知方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体供給ラインの異常検知方法に関し、特に、流体を通過した光の吸光度に基づいて水分を検出することでラインの異常を検知する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体製造装置に用いられるガス供給システムは、流量制御器を介して、多種類のガスをプロセスチャンバに切換えて供給するように構成されている。半導体製造に用いられるガスの種類は年々増加する傾向にあり、設けられるガス供給ラインの数も多くなってきている。

【0003】

複数のガス供給ラインを形成する手段として、本願出願人によって開発された集積化ガス供給システムＩＧＳ（登録商標）が広く利用されている。集積化ガス供給システムでは、ベースプレート上に、流路ブロック、開閉弁、流量制御器などを配置・固定することによって、各ガスの供給ラインが形成される。集積化ガス供給システムは、例えば、特許文献１に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１２－１９７９４１号公報

【文献】特開平５－９９８４５号公報

【文献】国際公開第２０１８／０２１３１１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

半導体製造装置のプロセスチャンバには種々のガスが供給されるが、通常、ガスの供給を開始する前の段階において、流路の加熱や真空引き等を行うことによって、流路内の水分や不純物を除去する工程が行われる。しかし、このような工程を行ったとしても、流路に吸着した水分を十分に除去しきれない場合がある。

【0006】

ライン中に余剰な水分が存在していると、供給ガスに水分が含まれてしまい、高純度ガスの供給が求められる半導体製造プロセスに悪影響を及ぼすことがある。また、供給ガスと水分とが反応して新たな成分が発生することで、装置の故障等を引き起こす可能性がある。このため、ガス供給装置において、ラインにおける水分の管理は重要であり、水分が過多のときには、ラインの異常として検知できることが求められる。

【0007】

半導体プロセスに用いられるガスに含まれる水分を検出する方法として、特許文献２には、近赤外線の吸光現象を利用して水分を検出する技術が開示されている。水は、約１．４μｍ～約１．５μｍの波長の近赤外線を強く吸収する性質を有している。このため、近赤外線を照射したときのガスの吸光の程度を測定することによって、ガス中の水分分析を行うことが可能である。

【0008】

しかしながら、特許文献２に記載の装置では、ガス供給システムから水分測定装置にサンプルガスを供給するための分岐のラインが別途必要になる。また、特許文献２に記載の装置では、近赤外線を用いて直接的に水分検出を行うので、供給ガスと水分とが反応して化合物が生成される環境では、水分の検出を正確に行うことが困難になる可能性がある。

【0009】

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、流体供給ラインにおける水分を検出し、流体の状態を判断することによって、ライン異常を検知する方法を提供することをその主たる目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の実施形態による異常検知方法は、流体供給ライン内の残留水分の有無を確認する異常検知方法であって、前記流体供給ラインには、光源と、前記光源からの光を受けとる光検出器と、前記光検出器で受けとった光の強度に基づいて前記流体供給ラインに流れる流体の吸光度を算出する測定器とが設けられており、前記光源からの光を、前記流体供給ライン内を流れる流体を通過させてから前記光検出器で受け取る工程と、前記光検出器が受け取った光の強度に基づいて、前記流体の吸光度を算出する工程と、前記吸光度に基づいて、前記流体供給ライン中の水分の有無を判断する工程とを含む。

【0011】

ある実施形態において、前記光源と、前記光検出器と、前記測定器とを備える濃度測定装置を利用して、前記水分の有無を判断する。

【0012】

ある実施形態において、前記流体は、ハロゲンガスであり、前記光は、波長２００ｎｍ以上４００ｎｍ以下の近紫外光である。

【発明の効果】

【0013】

本発明の実施形態によれば、ライン中の水分を検出してライン異常を検知する方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施形態で用いられる濃度測定装置が組み込まれたガス供給系を示す図である。

【図2】本発明の実施形態で用いられる濃度測定装置のガスユニットを示す図であり、上から見たときの縦断面である。

【図3】本発明の実施形態で用いられる濃度測定装置の電気ユニットを示す図である。

【図4】近紫外線を吸収する物質と、その物質が水と反応したときの生成物とを示す表である。

【図5】塩素ガスの吸光特性を示すグラフである。

【図6】塩化水素の吸光特性を示すグラフである。

【図7】フッ素ガスの吸光特性を示すグラフである。

【図8】フッ化水素、メタン、水の吸光特性を示すグラフである。

【図9】エタン、アンモニア、一酸化炭素、二酸化炭素、窒素、一酸化窒素の吸光特性を示すグラフである。

【図10】異常検知のフローを示すフローチャートである。

【図11】本発明の他の実施形態で用いられるガスユニットを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。

【0016】

図１は、本発明の実施形態で用いられるガス供給システム１を示す。ガス供給システム１は、ガス供給源３からのガスを、複数の供給ライン５が設けられた集積化ユニット１０を介して、半導体製造装置のプロセススチャンバ７に供給できるように構成されている。プロスチャンバ７には、真空ポンプ９が接続されており、プロスチャンバ７および流路を真空引きした状態でガスの供給を行うことができる。

【0017】

集積化ユニット１０は、ベースプレート上に形成された複数の供給ライン５を有している。集積化ユニット１０は、各供給ライン５に設けられた流量制御装置１２を用いて、個別にガスの流量を制御することができる。

【0018】

ガス供給システム１において、集積化ユニット１０に設けられた各供給ラインは、集積化ユニット１０の出口側に配置された合流ブロック１４に接続されている。合流ブロック１４は、各供給ライン５が接続される複数のサブ流路Ｌ２と、複数のサブ流路Ｌ２が共通に接続される１つのメイン流路Ｌ１とを有するマニホールドブロックであり、ベースプレート上に固定された流路ブロックである。合流ブロック１４の出口は、遮断弁を介してプロセスチャンバへ７と接続されており、各供給ラインから任意のガスを合流ブロック１４を介して供給することができる。

【0019】

本実施形態では、ガス供給システム１において、ラインを流れるガスの濃度を測定することができる濃度測定装置（インライン式の濃度測定装置）が設けられている。そして、本願発明者は、ある特定のガスを流した時にラインに水分が存在していると、化学反応によって当該測定光に対する吸光性を有するガスが他の種類のガスへと変化することがあり、これに伴って、濃度測定装置によって検出される吸光度（または、ガス中を通過した透過光の強度）が変化することがあることを見出した。そこで、本実施形態では、この態様に限定されるものではないが、濃度測定装置が備える光学系を利用してライン中の水分の有無ひいてはライン異常の発生を判断するようにしている。

【0020】

上記の濃度測定装置として、本願出願人による特許文献３には、流路の一部をなす測定セルに、光入射窓を介して光源から所定波長の光を入射させ、測定セル内を通過した透過光から吸光度を測定する濃度測定装置が開示されている。測定された吸光度からは、ランベルト・ベールの法則などに従って流体の濃度を求めることができる。

【0021】

また、本願出願人は、集積化ガス供給システムに組み込まれるタイプのインライン式の濃度測定装置を開発している。この濃度測定装置において、濃度測定のための光学系は、集積化ガス供給システムの各供給ラインが共通に接続されるマニホールドブロック（合流ブロック）に配置されている（特願２０１９－０６５５７１号）。

【0022】

流体供給システムに組み込まれる濃度測定装置としては種々の構成が採用され得、また、濃度測定装置を利用しなくとも流体供給ライン中の流体を通過した光の吸光度を測定する光学系は任意の形態で設けられ得るが、以下、一例として、集積化ガス供給システムに組み込まれるタイプのインライン式の濃度測定装置を利用する実施形態について説明する。

【0023】

図１に示すように、本実施形態で用いられるインライン式の濃度測定装置２０は、合流ブロック１４を利用して形成されたガスユニット２２と、ガスユニット２２と光学的および電気的に接続された電気ユニット２４とを含んでいる。濃度測定装置２０は、合流ブロック１４を流れるガスの濃度を測定するとともに、ライン中の水分を検出するために用いられる。

【0024】

図２は、合流ブロック１４に設けられた、濃度測定装置２０のガスユニット２２の一例を示す縦断面図である。メイン流路Ｌ１およびサブ流路Ｌ２を形成する貫通孔および穴は、ドリルによる穿孔によって合流ブロック１４に容易に形成することができる。合流ブロック１４は、例えばステンレス鋼（特にはＳＵＳ３１６Ｌ）製であってよい。なお、図２に示す態様では、合流ブロック１４として、３つの供給ラインまたはサブ流路Ｌ２が接続される３連ブロックを用いているが、これに限られず、任意の数のガス供給ラインが接続されるブロックを用いることができる。

【0025】

合流ブロック１４には、メイン流路Ｌ１と連通するＬ字型の流出路Ｌ３が形成された出口ブロック１４Ａが固定されている。出口ブロック１４Ａは、ガスケットを介して合流ブロック１４にネジ止めにより堅密に固定されており、メイン流路Ｌ１から流出路Ｌ３を介してガスを流出させることができる。流出路Ｌ３は、例えば、遮断弁の流入口に接続される。

【0026】

ただし、上記態様に限られず、合流ブロック１４からのガス流出路は種々の態様で設けられていてよい。例えば、上記の出口ブロック１４Ａの流出路を、メイン流路Ｌ１とは連通させずに側面に設けた継手と連通させるとともに、出口ブロック１４Ａの上面穴と、合流ブロック１４の上面穴（サブ流路Ｌ２の一つ）とに跨る遮断弁を配置してもよい。この場合、合流ブロック１４の上面穴から遮断弁を介して出口ブロック１４Ａの上面穴に繋がる流路が形成され、遮断弁の開放時には、出口ブロック１４Ａの側面の継手からガスを排出させることができる。

【0027】

また、本実施形態において、メイン流路Ｌ１は、合流ブロック１４の長手方向に沿って延びるように形成された貫通孔の両端を第１および第２封止部材（ここでは、ブラインド継手）２７、２９で封止することによって形成されている。

【0028】

また、ガスユニット２２は、合流ブロック１４のメイン流路Ｌ１の端部に配置された透光性の入射窓２６および透光性の出射窓２８を有している。入射窓２６および出射窓２８は、封止部材２７、２９を用いて合流ブロック１４の両端部に封止固定されている。入射窓２６と出射窓２８とは、メイン流路Ｌ１を挟んで対向するように配置されており、入射窓２６の手前でコリメータにより平行にされた光が入射窓２６から入射し、その後、メイン流路Ｌ１を直進した光が出射窓２８から出射する。第１および第２封止部材２７、２９としては、例えば、シール材が塗布された雄螺子を周面に有する、ブラインド継手としての金属プラグが用いられる。

【0029】

入射窓２６を固定する第１封止部材２７には、コリメータに接続される光ファイバケーブル３０が設けられている。光ファイバケーブル３０は、電気ユニット２４からガスユニット２２に測定光（ここでは紫外光）を伝送するために用いられる。伝送された光は、コリメータにより平行光に変換されてから、入射窓２６を介してメイン流路Ｌ１に入射される。また、出射窓２８を固定する第２封止部材２９には、集光レンズによって集光された光を受け取る光ファイバケーブル３１が設けられている。光ファイバケーブル３１は、ガスユニット２２のメイン流路Ｌ１を通過した光を電気ユニット２４に伝送するために用いられる。

【0030】

本明細書において、光とは、可視光線のみならず、少なくとも赤外線、紫外線を含み、任意の波長の電磁波を含み得る。また、透光性とは、測定ガスが流れるメイン流路Ｌ１への入射光に対する内部透過率が十分に高いことを意味する。

【0031】

図３は、本実施形態で用いられる濃度測定装置２０の電気ユニット２４の構成を示す。電気ユニット２４は、図２に示したガスユニット２２に入射させるための光を発する光源４０と、ガスユニット２２から出射した光を受け取る光検出器４４と、光検出器４４が出力する検出信号（受光した光の強度に応じた検出信号）に基づいてガスの濃度を演算により求める演算制御回路４６（測定器４６と呼ぶことがある）とを備えている。また、電気ユニット２４には、光源４０からの参照光を受光する参照光検出器４８も設けられている。本実施形態では、電気ユニット２４は、光ファイバケーブル３０、３１によって、ガスユニット２２と光学的に接続されている。

【0032】

光源４０は、互いに異なる波長の紫外光を発する２つの発光素子（ここではＬＥＤ）４１、４２を用いて備えている。発光素子４１、４２には、発振回路を用いて異なる周波数の駆動電流が流され、周波数解析（例えば、高速フーリエ変換やウェーブレット変換）を行うことによって、光検出器４４が検出した検出信号から、各波長成分に対応した光の強度を測定することができる。

【0033】

発光素子４１、４２としては、ＬＥＤ以外の発光素子、例えばＬＤ（レーザダイオード）を用いることもできる。また、異なる波長の合波光を用いる代わりに、単一波長の光源を利用することもでき、この場合、合波器や周波数解析回路は省略することができる。発光素子は、３つ以上設けられていてもよいし、設けたうちの選択された任意の発光素子のみを用いて入射光を生成するように構成されていてもよい。光源４０には測温抵抗体が取り付けられていてもよい。光の波長は、測定対象のガスの吸光特性に基づいて、適宜選択されてよいが、本実施形態では、紫外光を吸収する有機金属ガス（例えば、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ））などの濃度測定および水分検知を行うために、近紫外光（例えば、波長２００ｎｍ～４００ｎｍ）を用いている。

【0034】

光源４０および参照光検出器４８はビームスプリッタ４９に取り付けられている。ビームスプリッタ４９は、光源４０からの光の一部を参照光検出器４８に入射させるとともに、残りの光を光ファイバケーブル３０を介してガスユニット２２へと導くように機能する。光検出器４４および参照光検出器４８を構成する受光素子としては、フォトダイオードやフォトトランジスタが好適に用いられる。

【0035】

演算制御回路４６は、例えば、回路基板上に設けられたプロセッサやメモリなどによって構成され、入力信号に基づいて所定の演算を実行するコンピュータプログラムを含み、ハードウェアとソフトウェアとの組み合わせによって実現され得る。なお、図示する態様では演算制御回路４６は、電気ユニット２４に内蔵されているが、その構成要素の一部または全部が電気ユニット２４の外部に設けられてもよい。

【0036】

なお、上記には、メイン流路Ｌ１の両端に入射窓２６および出射窓２８を配置させる態様を説明したが、メイン流路Ｌ１の一方の端部に入射窓と反射窓とを兼ねる共通窓部材を配置させるとともに、他方の端部に反射部材を設けた反射型の濃度測定装置であってもよい。反射型の濃度測定装置では、メイン流路Ｌ１を一往復した光の吸光度から濃度を測定することができる。さらに、ガスユニットの入射側にＬＥＤなどの光源を設けるとともに、出射側にフォトダイオードなどの受光素子を設けてもよい。この場合、ガスユニットと、電気ユニットに設けた演算制御回路とは、配線ケーブルによって電気的に接続される。

【0037】

また、メイン流路Ｌ１の方向に光を入射させて透過光強度を測定するのではなく、サブ流路Ｌ２の方向に光を入射させる構成であってもよい。この場合、サブ流路Ｌ２の一つを利用して濃度測定装置のガスユニットが設けられる。より具体的には、サブ流路Ｌ２の上面入口にガスユニットの光学系を配置するとともに、当該サブ流路Ｌ２の延長上に反射部材を設けたり、サブ流路Ｌ２の延長から出射光を取り出すことによって、透過光強度を測定し得る。

【0038】

以上に説明した濃度測定装置２０において、合流ブロック１４のメイン流路Ｌ１を通過した波長λの光は、メイン流路Ｌ１に存在するガスによって、ガスの濃度に応じて吸収される。そして、演算制御回路（測定器）４６は、光検出器４４からの検出信号を周波数解析することによって、当該波長λでの吸光度Ａλを測定することができ、さらに、以下の式（１）に示すランベルト・ベールの法則に基づいて、吸光度Ａλからモル濃度Ｃ_Mを算出することができる。
Ａλ＝－ｌｏｇ₁₀（Ｉ／Ｉ₀）＝α’ＬＣ_M ・・・（１）

【0039】

式（１）において、Ｉ₀はメイン流路Ｌ１に入射させる入射光の強度、Ｉはメイン流路Ｌ１内のガス中を通過した光の強度、α’はモル吸光係数（ｍ²／ｍｏｌ）、Ｌ（図２参照）はメイン流路Ｌ１の光路長（ｍ）、Ｃ_Mはモル濃度（ｍｏｌ／ｍ³）である。モル吸光係数α’は物質によって決まる係数である。Ｉ／Ｉ₀は、一般に透過率と呼ばれており、透過率Ｉ／Ｉ₀が１００％のときに吸光度Ａλは０となり、透過率Ｉ／Ｉ₀が０％のときに吸光度Ａλは無限大となる。

【0040】

なお、上記式における入射光強度Ｉ₀については、メイン流路Ｌ１内に吸光性のガスが存在しないとき（例えば、紫外光を吸収しないガスが充満しているときや、真空に引かれているとき）に光検出器４４によって検出された光の強度を入射光強度Ｉ₀とみなしてよい。また、メイン流路Ｌ１の光路長Ｌは、図２に示すように、入射窓２６の接ガス側の表面から出射窓２８の接ガス側の表面までの距離であり、この距離は予めわかっている。

【0041】

濃度測定装置２０は、合流ブロック１４のメイン流路Ｌ１を流れるガスの圧力および温度も考慮して、ガスの濃度を求めるように構成されていてもよい。以下、流路内のガスの圧力および温度を考慮して混合ガス中に含まれる測定ガスの濃度を求める態様について説明する。

【0042】

上述したように、ランベルト・ベールの式（１）が成り立つが、上記のモル濃度Ｃ_Mは、単位体積当たりのガスの物質量を指すので、Ｃ_M＝ｎ／Ｖと表すことができる。ここで、ｎはガスの物質量（ｍｏｌ）すなわちモル数であり、Ｖは体積（ｍ³）である。

【0043】

そして、測定対象がガスであるので、理想気体の状態方程式ＰＶ＝ｎＲＴから、モル濃度Ｃ_M＝ｎ／Ｖ＝Ｐ／ＲＴが導かれる。これをランベルト・ベールの式に代入し、また、－ｌｎ（Ｉ／Ｉ₀）＝ｌｎ（Ｉ₀／Ｉ）を適用すると、下記の式（２）が得られる。
ｌｎ（Ｉ₀／Ｉ）＝αＬ（Ｐ／ＲＴ） ・・・（２）

【0044】

式（２）において、Ｒは気体定数：０．０６２３（Ｔｏｒｒ・ｍ³／Ｋ／ｍｏｌ）であり、Ｐは圧力（Ｔｏｒｒ）であり、Ｔは温度（Ｋ）である。また、式（２）のモル吸光係数は、透過率の自然対数に対するαであり、式（１）のα’に対して、α’＝０．４３４αの関係を満たすものである。

【0045】

ここで、圧力センサが検出できる圧力は、測定ガスとキャリアガスとを含む混合ガスの全圧Ｐｔ（Ｔｏｒｒ）である。一方、吸収に関係するガスは、測定ガスのみであり、上記の式（２）における圧力Ｐは、測定ガスの分圧Ｐａに対応する。そこで、測定ガスの分圧Ｐａを、ガス全体中における測定ガス濃度Ｃｖ（体積％）と全圧Ｐｔとによって表したＰａ＝Ｐｔ・Ｃｖを用いて式（２）を表すと、圧力および温度を考慮した測定ガスの濃度（体積％）と吸光度との関係は、測定ガスの吸光係数α_aを用いて、下記の式（３）によって表すことができる。
ｌｎ（Ｉ₀／Ｉ）＝α_aＬ（Ｐｔ・Ｃｖ／ＲＴ） ・・・（３）

【0046】

また、式（３）を変形すると、下記の式（４）が得られる。
Ｃｖ＝（ＲＴ／α_aＬＰｔ）・ｌｎ（Ｉ₀／Ｉ） ・・・（４）

【0047】

したがって、式（４）によれば、各測定値（ガス温度Ｔ、全圧Ｐｔ、および透過光強度Ｉ）に基づいて、測定光波長における測定ガス濃度Ｃｖ（体積％）を、演算により求めることが可能である。このようにすれば、ガス温度やガス圧力も考慮して混合ガス中における測定ガスの濃度を求めることができる。

【0048】

上記の式（３）および（４）における測定ガスの吸光係数α_aは、既知濃度（例えば１００％濃度）の測定ガスを流したときの測定値（ガス温度Ｔ、全圧Ｐｔ、および透過光強度Ｉ）から、上記の式（３）および（４）に従って予め求めておくことができる。求められた吸光係数α_aはメモリに格納され、式（４）に基づいて未知濃度の測定ガスの濃度演算を行うときに、メモリから読み出して用いられる。吸光係数α_aは、特定の種類のガス（ここではアセトンガス）を基準ガスとして用いてアセトンの吸光係数α_aceを求めておくとともに、他の種類のガスには、アセトン吸光係数α_aceに対して補正係数を乗じることによって決定されてもよい。アセトン吸光係数α_aceおよび測定ガスの吸光係数α_aは、ガス温度や測定光の波長に応じて決定されてもよい。

【0049】

以上のような構成を有する濃度測定装置２０を用いて、本実施形態では、ライン中の水分検出を行うことができる。そして、ライン中の水分が過剰なときには、ライン異常として検知することができる。以下、ライン異常の検知方法について、具体的に説明する。

【0050】

図４は、紫外線吸収物質（主としてガス）、その物質の濃度を検出するために用いられる検出光の波長、そのガスが水（Ｈ₂Ｏ）との反応で発生するガス、および、水との反応で発生したガスの吸光波長域（一番右の欄）を示すグラフである。上から順に、塩素ガス（Ｃｌ₂）、フッ素ガス（Ｆ₂）、臭素ガス（Ｂｒ₂）、４塩化チタン（ＴｉＣｌ₄）、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、ジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）、ジメチル亜鉛（ＤＭＺｎ）、ビス(シクロペンタジエニル)マグネシウム（Ｍｇ（Ｃ₅Ｈ₅）₂）、テトラキスエチルメチルアミノジルコニウム（ＴＥＭＡＺ：Ｚｒ［Ｎ（Ｃ₂Ｈ₅）ＣＨ₃］₄）、テトラキスエチルメチルアミノハフニウム（ＴＥＭＡＨ：Ｈｆ［（ＣＨ₃）（Ｃ₂Ｈ₅）Ｎ］₄を示している。これらの物質は、近紫外線を吸収する性質を有する。Ｂｒ₂は検出波長のみを示す。また、トリメチルアルミニウムは水に対して不安定である。また、参考として、紫外領域における水（Ｈ₂Ｏ）の吸収波長およびアンモニア（ＮＨ₃）の吸収波長も下２列に示している。

【0051】

図５は、塩素ガス（Ｃｌ₂）の透過率特性を示すグラフである。グラフからわかるように、塩素ガスは、約３３０ｎｍに吸光のピークを有しており、特に、約２８０ｎｍ～約３８０ｎｍの光を良く吸収することが分かる。このため、これらの波長の測定光を用いて、濃度検出を行うことも可能である。

【0052】

また、塩素ガスは、ライン中に水分が存在すると、水分との化学反応によって一部がＨＣｌに変化する。このため、ライン中に水分が含まれている場合には、ライン中を流れるガスに、Ｃｌ₂とＨＣｌとが含まれることになる。ＨＣｌの生成は、水分が多いほど促進される。

【0053】

水分との化学反応によって発生したＨＣｌは、図６に示すように、約２８０ｎｍ～約３８０ｎｍの光を吸収しない。ＨＣｌの吸光のピーク波長は、約１５０ｎｍである。したがって、ＨＣｌが生成されると、約２８０ｎｍ～約３８０ｎｍの紫外光を測定光として用いたときに、Ｃｌ₂による吸光が低下するために透過光強度が増加し吸光度は減少する。したがって、透過光強度の増加および吸光度の減少から、ＨＣｌの存在、さらには、ライン中の水分の存在を検知することができる。なお、図６には、臭素ガス（Ｂｒ₂）の吸光特性も示されている。

【0054】

ただし、吸光特性は、ガスの濃度によっても変化する。このため、水分との化学反応に基づく吸光度の低下を検出するためには、同じ濃度（例えば１００％濃度）でＣｌ₂ガスを流したときの吸光度の変化を検出することが必要である。したがって、本実施形態では、水分が存在しない環境で予め測定された特定濃度での吸光度を基準吸光度としてメモリに格納しておくとともに、同じ特定濃度のガスを流すとともに、同じ波長の測定光を用いて吸光度を測定する工程が行われる。そして、メモリから読み出した基準吸光度と測定吸光度とを比較し、基準吸光度に対して測定吸光度が小さいほど、ライン中に存在する水分が多いと推測することができる。

【0055】

また、図４に示した表に記載の塩素ガス以外の他の物質についても同様のことがいえる。図７は、フッ素ガス（Ｆ₂）の吸光特性を示すグラフである。グラフからわかるように、フッ素ガスは、約２８０ｎｍの近紫外光に対して吸光のピークを有している。一方で、図８に示すように、水分との化学反応により生成されたＨＦは、約１５０ｎｍ以下の光（真空紫外線）を吸収する特徴を有するが、約２８０ｎｍ付近の波長の近紫外光は吸収しない。このため、例えば、約２８０ｎｍの近紫外光を用いて吸光度を測定するとき、同じ濃度のフッ素ガスを流したにもかかわらず、吸光度が低下したときには、ライン中の水分によってフッ素ガスの一部がＨＦに変化したものと考えることができる。このようにして、吸光度の低下の観察に基づいて、ライン中の水分の過剰を判別することができる。

【0056】

上記の、塩素ガス、フッ素ガス、臭素ガスなどのハロゲンガスは、水との反応によって、その一部が、近紫外線を吸収しないハロゲン化水素に変化する。このため、ハロゲンガスは、近紫外線を用いて水の存在を確認するために流すガスとして適切である。

【0057】

また、図８には、Ｈ₂ＯおよびＣＨ₄の吸光特性も示されている。図４に示したように、ＴＭＧａは、３００ｎｍ近辺の波長の光を吸収することができるが、一方で、ＴＭＧａが水と反応することによって生成されたＣＨ₄は、図８からわかるように、９０ｎｍ近辺に吸光のピークを有する。このため、ＴＭＧａを流したときに、ライン中に過剰な水分が存在し、ＣＨ₄が発生するような状況では、３００ｎｍ近辺の測定光の吸光度は低下する。

【0058】

図９は、Ｃ₂Ｈ₆（エタン）、ＮＨ₃（アンモニア）、ＣＯ（一酸化炭素）、ＣＯ₂（二酸化炭素）、Ｎ₂（窒素）、ＮＯ（一酸化窒素）のそれぞれの吸光特性を示す。なお、ＴＥＭＡＺ，ＴＥＭＡＨが水との反応で発生するガスであるメチルエチルアミンの吸光特性はアンモニアと類似する。

【0059】

図９に示したいずれのガスも、吸光のピーク波長は、約２００ｎｍ以下、典型的には１００ｎｍ以下であり、２５０ｎｍ以上の波長の光を吸収しない。したがって、図４に示した近紫外線吸収物質のように水との反応によって上記のガス（あるいは同様の吸光特性を有するガス）が発生する物質については、水分の存在によって検出波長域での吸光度が低下することが分かる。例えば、ＴＭＩｎがライン中の水と反応してエタンガスが生成されると、水が存在しない場合と比べて検出波長での吸光度は低下する。

【0060】

図１０は、ライン異常検知を行う工程の一例を示すフローチャートである。このライン異常検知の工程は、例えば、半導体製造プロセスで用いられるガスを流す工程の前に行われる。

【0061】

まず、ライン異常検知を行う前に、ライン中に水分が存在しないときに特定濃度（例えば１００％）の特定ガス（例えば塩素ガス）を流すとともに、吸収される特定波長（例えば３００ｎｍ）を有する近紫外光の透過光強度Ｉ、透過率Ｉ／Ｉ₀、あるいは吸光度－ｌｎ（Ｉ／Ｉ₀）など（以下、透過光強度Ｉ等と呼ぶことがある）が測定され、測定された透過光強度Ｉ等がメモリに基準値として格納される。この工程は、流路内を十分に真空引きした後に、上記の濃度測定装置２０を用いて、予め行っておくことができる。

【0062】

そして、ライン異常検知を行う時には、ステップＳ１に示すように、基準値測定のときと同濃度かつ同種のガスを流すとともに、濃度測定装置２０を用いて、透過光強度Ｉ等を測定する。このとき、測定光としては、基準値測定のときと同じ波長の光が用いられる。

【0063】

次に、ステップＳ２に示すように、メモリから読み出した基準値と、ステップＳ１で測定した測定値とを比較する。比較の結果、基準値と測定値との差が閾値未満の場合（ステップＳ２のＮｏの場合）には、ステップＳ３に示すように、ライン中に水分が過剰に存在しないものと判断して、ステップＳ５において異常検知フローを終了する。なお、ユーザに異常の発生がなかったことを示してから異常検知フローを終了してもよい。

【0064】

また、ステップＳ２において、基準値と測定値との差が閾値以上の場合（ステップＳ２のＹｅｓの場合）には、ライン中の過剰な水分によって吸収性を持たないガスが発生し、ガス全体としての吸光度が減じたものと判断する。そして、ステップＳ４に示すように、ライン中に水分が過剰に存在すると判定し、ステップＳ５においてライン異常が生じていることをユーザに警告してから、異常検知フローを終了する。

【0065】

以上、本発明の実施形態を説明したが、種々の改変が可能であることは言うまでもない。例えば、図１０に示したフローチャートのステップＳ１において用いられる基準値は、フロー開始前に一度行っておけば十分であり、異常検知フローの度に実行する必要はない。また、濃度測定装置の光学系の設計が同じものであれば、他の装置で測定された基準値を共通に利用することもできる。

【0066】

また、図１０に示したフローチャートのステップＳ２において求めた基準値と測定値との差の大きさに基づいて、ライン中の水分の量を推測するようにしてもよい。基準値と測定値との差が大きいほど、ライン中の水分量はより多いと考えられる。水分量の多寡をユーザに通知することによって、ユーザは追加の真空引きの時間等を適宜設定することも可能である。

【0067】

さらに、上記の実施形態として、合流ブロック１４に設けられた濃度測定装置２０を用いて異常を検知する例を説明したが、これに限られない。合流ブロック１４ではなく、集積化ユニット１０の下流側の流路や、集積化ユニット１０内にある各供給ライン５（例えば、流量制御装置１２の上流側の流路や、流量制御装置１２と合流ブロック１４との間の流路）などの、異常を検知したい流路上において、特許文献３に記載されるような濃度測定装置あるいは同様の光学系を設置して水分を検出するようにしても良い。

【0068】

図１１は、ライン異常検知に用いられる、他の実施形態のガスユニット２２Ａ（測定セル４）を示す。ガスユニット２２Ａは、光ファイバケーブル３０、３１を介して、図３に示した電気ユニット２４に接続されている。また、ガスユニット２２Ａは、本実施形態では、ガス供給システム１においてインライン式に配置されており、ここでは、集積化ユニット１０の下流側に設置されている。ただし、ガスユニット２２Ａは、集積化ユニット１０の内部において、各供給ライン５の流量制御装置１２の上流側または下流側のラインに設けられていてもよい。ガスユニット２２Ａ内の流路を通過するガスＧの吸光度が測定されてライン異常検知がなされるが、上記と同様に吸光度からガスの濃度を求めることも可能である。

【0069】

ガスユニット２２Ａが備える測定セル４の一方の端部には、流路に接する透光性の窓部２２ａ（ここでは透光性プレート）が設けられている。また、測定セル４の他方の端部には反射部材２２ｂが設けられている。窓部２２ａの外側には、光ファイバケーブル３０、３１が接続されたコリメータ２２ｃが設けられている。コリメータ２２ｃは、電気ユニット２４の光源４０からの光を平行光として測定セル４に入射させるとともに、測定セル４から出射した反射光を受光して光ファイバケーブル３１を介して電気ユニット２４に伝送する。窓部２２ａとしては、例えば、機械的・化学的に安定なサファイアプレートが好適に用いられる。

【0070】

反射部材２２ｂとしては、例えばサファイアなどからなる透光性プレートの裏面にスパッタリングなどによって反射層としてのアルミニウム層が形成されたものが用いられる。また、反射部材２２ｂは、反射層として誘電体多層膜を含むものであってもよく、誘電体多層膜を用いれば、特定波長域の光（例えば近紫外線）を選択的に反射させることができる。誘電体多層膜は、屈折率の異なる複数の光学被膜の積層体（高屈折率薄膜と低屈折率薄膜との積層体）によって構成されるものであり、各層の厚さや屈折率を適宜選択することによって、特定の波長の光を反射したり透過させたりすることができる。なお、反射層がガスと接するとガスを汚染するおそれがあるため、反射層は透光性プレートの背面側（ガスと接しない側）に設けられていることが好ましい。

【0071】

測定セル４に設けられたガス流路は、測定光のための光路として利用される。なお、ここでは測定光は反射部材２２ｂによって反射する構造を用いているが、反射させずに直接受光する構造としても良い。また、ガスユニット２２Ａは、他の態様の電気ユニットと、一本の光ファイバケーブルで接続されていてもよい。この場合、電気ユニット内には、光源と光検出器とに接続されるビームスプリッタが設けられる。光源からの光は、ビームスプリッタを通して光ファイバケーブルに送られ、光ファイバケーブルからの光（測定セル４を往復した反射光）は、ビームスプリッタで反射して光検出器に向けて出射される。

【0072】

また、図１１に示すガスユニット２２Ａでは、測定セル４の近傍に、流路内のガスの圧力を検出する圧力センサ２１と、ガスの温度を測定する温度センサ２３とが設けられている。ガスの吸光度は、ガス圧力や温度によって変化する可能性があるので、圧力センサ２１および温度センサ２３の出力に基づいて吸光度を補正することもできる。そして、補正された吸光度に基づいて、流体供給ライン内の残留水分の有無を確認することができ、ライン異常を検知することができる。

【産業上の利用可能性】

【0073】

本発明の実施形態による異常検知方法は、流体供給ラインに設けられた光学系を用いて、ライン中の水分の有無を検出するためなどに好適に利用される。

【符号の説明】

【0074】

１ ガス供給システム
３ ガス供給源
５ 供給ライン
７ プロセスチャンバ
９ 真空ポンプ
１０ 集積化ユニット
１２ 流量制御装置
１４ 合流ブロック
２０ 濃度測定装置
２２ ガスユニット
２４ 電気ユニット
２６ 入射窓
２７、２９ 封止部材
２８ 出射窓
３０、３１ 光ファイバケーブル
４０ 光源
４４ 光検出器
４６ 演算制御回路
４８ 参照光検出器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】